DE2752496A1

DE2752496A1 - Fahrzeug-schaltungsanordnung fuer fahrt und unabhaengige nutzbremse

Info

Publication number: DE2752496A1
Application number: DE19772752496
Authority: DE
Inventors: Stanislav Dipl Ing Ibl; Jan Dipl Ing Kamenicky; Jaroslav Dipl Ing Salivar; Zdenek Sindelar
Original assignee: CKD Praha DIZ AS
Current assignee: CKD Praha DIZ AS
Priority date: 1976-11-25
Filing date: 1977-11-24
Publication date: 1978-06-01
Also published as: SE7712629L; JPS5388910A; FI773470A; DD132947A1; FR2372045A1; BE861162A; CS187118B1; FR2372045B3; US4259622A; YU279177A

Description

Fahrzeug-Schaltungsanordnung für Fahrt und unabhängige Nutzbremse

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Schaltungsanordnung für Fahrt und unabhängige Nutzbremse (Rekuperationsbremse) eines Fahrzeugs mit Gleichstrom-Traktionsmotoren mit Gleichstromspeisung und mit Pulssteuerung.

Es gibt einige Fahrzeug-Schaltungsanordnungen mit Pulssteuerung, wobei jedoch meistens außer einer elektrischen Bremse auch eine vollwertige mechanische Bremse, meistens eine Druckluftbremse, vorgesehen ist.

Falls das Fahrzeug keine mechanische Betriebsbremse hat und die mechanische Bremse nur im Notfall beim Nachbremsen arbeitet, muß die elektrische Bremse zuverlässig ansprechen und unter allen Betriebsfällen arbeiten, die im Speiseteil vorkommen, also auch bei Ausfall der Speisespannung, bei Kurzschluß an der Fahrleitung und bei Ausfall der Verbraucherlast in der gespeisten Strecke. Dabei wird vom Standpunkt der Energieeinsparung und einer vorteilhafteren Dimensionierung der Bremswiderstände gefordert, daß das Hauptbremsen mittels reiner Nutzbremsung ausgeführt wird und die Widerstandsbremse lediglich als Hilfsbremse arbeitet, falls die Speisequelle keine Bremsenergie aufnehmen kann.

Diese hohen Anforderungen bringen eine Reihe technischer Probleme mit sich:

Vor allem können nicht gut Motoren mit Fremderregung in üblicher Schaltung verwendet werden, die sonst für Pulssteuerung am vorteilhaftesten sind. Soweit deren Erre-

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gerwicklung nur aus der Fahrleitung gespeist wird, können diese Motoren nicht bei Ausfall der Fahrleitungsspannung erregt werden bei gleichzeitiger Notwendigkeit eines Bremsens. Falls das Erregen über eine Gleichspannungs-Hilfsquelle, z. B. eine Fahrzeugbatterie, gespeist wird, muß bei Ausfall der Fahrleitungsspannung die ganze Erregerenergie, die zum Bremsen des Fahrzeuges erforderlich ist, aus dieser Fahrzeugbatterie entnommen werden. Bei üblicher Auslegung kann jedoch die Fahrzeugbatterie nicht die erforderliche Energie liefern, da ihre Größe durch den Raum im Fahrzeug, durch ihr Gewicht sowie Preis und Auslegung des Ladegeräts beschränkt ist. Auch kann kein kombiniertes Erregen aus der Fahrzeugbatterie und später aus dem Anker des Fahrzeugmotors benutzt werden, da eine Verbindung der Fahrzeugbatterie mit dem Ankerkreis des Fahrzeugmotors entweder aus der Speisefahrleitung oder lediglich über Halbleiterbauelemente unzulässig ist. Ferner können auch keine Reihenschlußmotoren benutzt werden, da sie einen Generatorbetrieb bei niedriger Drehzahl sehr unzuverlässig einleiten.

Die Forderung nach einer reinen Nutzbremsung im ganzen Geschwindigkeitsbereich schließt die Anwendung eines Dämpfungswiderstandes aus und bedeutet, die Ankerspannung auch bei höchster Drehzahl niedriger als die Speisespannung zu halten, was bei üblichem Reihenschalten von zwei Motoren praktisch unmöglich ist.

Das Bremsdrehmoment muß auch bei höchster Drehzahl, unabhängig vom Wert der Speisefahrleitungsspannung »ein. Fl3 kann somit nicht eine Schaltung mit einet' Ankerdiode verwendet werden, wo die Abhängigkeit von der iSpe isefahrg 3ehr groß ist.

ti:; i«t daher Aufgabe der Erfindung, die erwähnten 8098 2 2/082 2

Probleme und Nachteile zu beseitigen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Lehre nach dem Patentanspruch 1 gegeben.

Die Erfindung wird durch die Lehre nach dem Patentanspruch 2 weitergebildet.

Die erfindungsgemäße Fahrzeug-Schaltungsanordnung für Fahrt und unabhängiges Bremsen mit Cleichstrom-Traktionsmotoren und Gleichstromspeisung mit Pulssteuerung löst die Probleme, die mit dem Vorsehen einer vollkommen unabhängigen Bremse und einer geeigneten Fahrtordnung verbunden sind.

Das Schalten der Anker und der Reihenschlußwicklungen in ein Impedanzviereck ist auch für einen Doppelschlußmotor eine vorteilhafte und bewährte Methode, wo der Übergang von Fahrt zu Bremsen mit einer minimalen Zahl von Kontakten erzielt wird. Beim Bremsen fließt der gemeinsame Strom jeweils durch einen Anker des einen Motors und durch die Reihenwicklung der> anderen Motors, was einen zuverlässigen Parallelbetrieb von Generatoren mit überwiegend Reihenschlußcharakter ist ik ermöglicht.

Kin Motor mit einer Ankernennspannung unter der Fahr Ie i tungunpatmung, was f;in Zustand einer sogenannten Abwärt??- Trariü format ion i:;t, ermöglicht din Fahrt mit vol lt'ii Parametern auch b<; i .sicherem .'lenken der Fahr-Ie i kunci.ijparmiing und durch blowers Steuern der Ankerrjp.mining einen we it »mi Dr»)hinomentbereich .

Mine genauer«; An ily.se /«»igt, daß optimal ausgelegte I'r.ik t i on:;motoren , z. Ii. für M ir.s

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eine Nennspannung von 300 bis 600 V besitzen, so daß ohne dauernde Transformation bei Auslegung für 300 V, falls ewei in Reihe geschaltete Motoren vorliegen, oder für 600 V, falls ein Motor an die volle Spannung angeschlossen ist, keine volle Nutzung erfolgt. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit dauernder Abwärts-Transformation erlaubt Motoren mit optimaler Spannung und damit optimalen Werten von Gewicht und Abmessungen anzuwenden.

Der größte Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß sie eine reine,d.h. vollkommene Nutzbremsung ermöglicht, da es zu einer kritischen Annäherung der Ankerspannung der Oleichstrom-Traktionsmotoren an die Spannung der Speisequelle, wo eine reine Nutzbremsung undurchführbar ist, nur in Ausnahmsfällen kommt, und zwar bei höchsten Geschwindigkeiten und niedriger Spannung der Speisequelle. Diese Fälle können allerdings auf irgendeine bekannte Art gelöst werden, z. B. durch Abschalten des Leitungsschutzes, was zu einem selbsttätigen Ansprechen der Hilfswiderstandbremse führt.

Die (fremderregte) Nebenschlußwicklung, die kontaktgemäß an eine Hilfsgleichspannungsquelle angeschlossen wird, kann so bemessen werden, daß diese Quelle nur in zulässigem Maß belastet wird. Da bei Ansprechen der Bremse das NacherregerschUtz jeweils angeschlossen ist, wird ein zuverlässiges Ansprechen der Bremse bis zu niedrigsten Geschwindigkeiten hier ermöglicht. Durch Abschalten des Nacherregerechützes bei höchsten Geschwindigkeiten wird bei der Fahrt und beim Bremsen der Gleichstrom-Traktionsmotor geeignet aberregt und so zusätzlich - ohne weiteren Wandler für das Regeln der Erregung - der schon sehr weite Bereich des Drehmomentes erweitert, was durch die Methode einer

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dauernden Transformation der Ankerspannung ermöglicht wird.

Die Anwendung eines nichtschwingenden Zweiphasen-Pulsstellers mit gemeinsamem Kommutierungskreis bringt weitere Vorteile. Ein derartiger Pulssteller besitzt keine sogenannte Induktivität erster Schwingung, die bei einem Pulssteller schwingender Bauart die Spannung am Kommutierungskondensator (Löschkondensator) in eine Löschpolarität umwandelt. Die Induktivität erster Schwingung ist dann während des Betriebes die größte Quelle zusätzlicher Verluste in passiven Bauelementen. Deshalb werden schwingende Pulssteller meist nur für das Anfahren des Fahrzeuges verwendet und arbeiten nicht den größten Teil der Zeit, wenn der Gleichstrom-Traktionsmotor an die volle Spannung der Speisequelle angeschlossen ist.

Ein nichtschwingender Zweiphasen-Pulssteller mit gemeinsamem Kommutierungskreis erzeugt dagegen keine zusätzlichen Verluste. Deshalb ist er auch für einen Betrieb mit dauernder Abwärts-Transformation geeignet, wo ein Pulssteller jeder Art dauernd arbeitet.

Durch Anwendung des erwähnten nichtschwingenden Pulsstellers kommen alle Vorteile der Erfindung zur Geltung. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist sehr einfach und auch kostengünstig.

Ein Auaführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für Fahrt und unabhängige Nutzbremse eines Fahrzeuges mit Gleichstrom-Traktionsmotoren, Gleichstromspeisung und Pulssteuerung ist in der aus einer einzigen Figur bestehenden beiliegenden Zeichnung gezeigt.

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Als Traktionsmotoren wird hier ein Paar von Gleichstrom-Doppelschluß (Kompound- oder Verbund)-Traktionsmotoren verwendet.

Der erste Traktionsmotor hat einen Anker 11, eine Reihenschlußwicklung 121 und eine Nebenschlußwicklung 122. Der zweite Traktionsmotor hat einen Anker 21, eine Reihenschlußwicklung 221 und eine Nebenschlußwicklung 222. Das Paar der Anker 11, 21 dieser Traktionsmotoren, die in der Regel an einem Fahrgestell vorgesehen sind, ist mit ihren Reihenschlußwicklungen 121, 221 zu einem Impedanzviereck geschaltet und während der Fahrt und während des Bremsens an einen Eingangsanschluß 95 eines Pulsstellers (Puls-Gleichstrom-Umrichters) 70 angeschlossen, und zwar mittels eines zweiten Fahrschützes 32 über einen zweiten Anschluß 93 des Paares der Traktionsmotoren und ferner mittels eines zweiten Bremsschützes 3** über einen vierten Anschluß 92, der zwischen dem Anker 21 und der Reihenschlußwicklung 221 des zweiten Traktionsmotors liegt.

Ein erster Anschluß 91 des Paares der Traktionsmotoren ist über ein erstes Fahrechütz 31 an einen ersten Speiseanschluß 96 der Gleichstrom-Speisequelle 8 angeschlossen, wobei ein dritter Anschluß 9^ zwischen dem Anker 11 und der Reihenschlußwicklung 121 des ersten Traktionsmotors über ein erstes Bremsschütz 33 an einen Ausgangsanschluß des Pulsstellers 70 angeschlossen ist, der ferner an einen zweiten Speiseanschluß 98 der Gleichstrom-Speisequelle ü geschaltet ist.

Dor Pulsnteller 70, der gemäß der beispielweisen Ausführung in der Zeichnung als Dreiphasen-Pulssteller dargestellt ist, tat mit seinem Eingangsanschluß 95 an einen gemuinuamen Knotenpunkt geschaltet, der durch drei verbundene Trenn-Induktionsspulen 61, 62, 63 gebildet wird.

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Kontaktlose Schalter ¹Jl, 42, 43, die gleichfalls an einen gemeinsamen Knotenpunkt angeschlossen sind, sind an den Ausgangsanschluß 97 des Pulsstellers 70 geschaltet. Nulldioden 51, 52, 53 des Pulsstellers 70, die an einen gemeinsamen Knotenpunkt angeschlossen sind, sind an den ersten Speiseanschluß 96 der Gleichstrom-Speisequelle 8 geschaltet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Nebenschlußwicklungen 122, 222 beider Traktionsmotoren in Reihe geschaltet und an eine Hilfs-Gleichspannungsquelle über eine Trenndiode 16 und ein Nacherregerschütz 14 angeschlossen.

Während des Fahrbetriebes fließt der Strom vom ersten Speiseanschluß 96 der Gleichstrom-Speisequelle 8 über das erste Fahrschütz 31 und den ernten Anschluß 91 zum Paar der Traktionsmotoren und weiter über den zweiten Anschluß 93 des Paares der Traktionsmotoren und das zweite Fahrschütz 32 zum Eingangsanschluß 95 des Pulsstellers 70, der die Ankerspannung beider Traktionsmotoren steuert. Die Anker 11, 21 der Traktionsmotoren sind bei dieser Schaltung mit den Heihenschlußwicklungen 121, 221 derart in Reihe geschaltet, daß jeweils durch den Anker und die Reihenschlußwicklung eines Motors derselbe Strom fließt. Das ernte und das zweite Bremsschütz 33, 3^JI sind bei der Fahrschaltung unterbrochen. FaL is die Traktionsmotoren überwiegend Reihennchluß-Konniinien aufweinen, int deren Parallelschaltung während dar Fahrt stabil.

Dif; flebennchlußw ick Innren Ii'?, 222 beider Traktion:;-mntoren sind am Anfang der. Anfnhrens über drin j^rench lonnene Nachorregerschütz l'l an die H i I Γη-Π ie ichfipannun^siiue I Io aiii'f.'ücli 1 onsen. Dan Schalten π ine:; Motors in lie i Iu; ermöglicht ,

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die Ankerspannung bis auf hohe Werte zu steuern und so auch während der Fahrt die Spannungsreserve des Motors auszunutzen, dienonst normalerweise nur zum Bremsen verwendet wird.

Nach Erreichen der vollen Spannung der Gleichstrom-Speisequelle 8 an den Ankern 11, 21 der Traktionsmotoren ist es möglich, den Strom durch die Nebenschlußwicklungen zu unterbrechen, wodurch der ohnehin große Drehmomentbereich des Motors weiter erhöht wird.

Beim Bremsen sind die Bremsschütze 33, 3^ geschlossen und die PahrschUtze 31, 32 offen, so daß der Bremsstrom jeweils durch einen der Anker 11, 21 eines der Traktionsmotoren und durch die Reihenwicklung 221, 121 des zweiten Traktionsmotors fließt.

Unter der Voraussetzung überwiegender Reihenschluß-Kennlinie der Traktionsmotoren ist diese Schaltungsanordnung beim Bremsen wieder stabil.

Der Bremsstrom fließt ferner durch den Pulssteller 70, der die Größe des Bremsstromes steuert, und mittels der Nulldioden 51, 52, 53 wird die Bremsenergie in die Gleichstrom-Speisequelle 8 geleitet, wobei die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nicht die Aufgabe löst, wie die Bremsenergie bei Ausfall dor Oleichstrom-Speisequelle 8 oder boi Verlust der Abnahme zu vernichten ist. Das kann &emäß einer von für sich bekannten Schaltungsanordnungen geschehen, z. B. durch eine Kombination eines kontaktlosen Thyristorschalters und einen Widerstandes, die an die Gleichstrom-Speisequelle 8 parallelgeschaltet sind.

Die fremderregten Wicklungen 122, 222 sind zu Beginn des Bremsens über das Nacherregerschütz 1Ί an die

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Hilfs-Gleichspannungsquelle 7 angeschlossen, wodurch ein zuverlässiges Ansprechen des Bremsens auch bei niedrigsten Drehzahlen der Traktionsmotoren ermöglicht wird. Bei hohen Drehzahlen können die Nebenschlußwicklungen 122, 222 wieder abgeschaltet werden.

Die Anwendung eines Motors in Reihenschaltung ermöglicht eine reine Nutzbremsung auch bei hoher Ankerspannung.

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Claims

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ 8OOO München 22 - Steinsdorfstr. IOTELEFON (O80) 337901 - 937344 - SSBBIO Τ·Ι·χ S32O4B-T*l«erantm Allpatent München PATENTANWÄLTE Dipl.-Ing. R. BEETZ Hn. 3. K. LAMPRECHT EIDRICH Dr.-Ing. W.TIMPE Dipl.- Ing. J. SI EQFRIE D C?;d rraha, oborovy podnik, >rag, CSSR Ansprüche

1.) Fahrzeug-Schaltungsanordnung für Fahrt und unabhängige Nutzbremse eines Fahrzeuges mit Gleichstrom-Traktionsmotoren, Gleichstromspeisung und Pulssteuerung, »dadurch gekennzeichnet,

daß ein Paar Gleichstrom-Doppelschluß-Traktionsmotoren mit Reihenschlußwicklung (121, 221) und Nebenschlußwicklung (122, 222)

mit ihrem ersten Anschluß (91) über ein erstes

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Fahrschütz (31) an einen ersten Speiseanschluß (96) einer Speisequelle (8) angeschlossen ist, deren Nennspannung größer als die\Nennspannung der Anker (11, 21) der Gleichstrom-Traktionsmotoren ist,

daß über den ersten Anschluß (91) des Paares der Gleichstrom-Traktionsmotoren der Anker (11) des ersten Traktionsmotors an die Reihenschlußwicklung (221) des zweiten Traktionsmotors und über einen zweiten Anschluß (93) des Paares der Gleichstroin-Traktionsmotoren die Reihenschlußwicklung (121) des ersten Traktionsmotors an den Anker (21) des zweiten Traktionsmotors angeschlossen ist,

daß der zweite Anschluß (93) des Paares der Gleichstrom-Traktionsmotoren über ein zweites Pahrschütz (32) an den Eingangsanschluß (95) eines Pulsstellers (70) angeschlossen ist,

dessen Ausgangsanschluß (97) an einen zweiten Anschluß (98) der Speisequelle (8) und über das erste Pahrschütz (33) auch an einen dritten Anschluß (94) zwischen dem Anker (11) des ersten Gleichstrom-Traktionsmotors und dessen Reihenschlußwicklung (121) angeschlossen ist,

daß ein vierter Anschluß (92) zwischen dem Anker (21) des zweiten Gleichstrom-Traktionsmotors und dessen Reihenschlußwicklung (221) über das zweite Bremsschütz (34) an den Eingangsanschluß (95) des Pulsstellers (70) geschaltet ist, und

daß die Nebenschlußwicklungen (122, 222) beider Gleichstrom-Traktionsmotoren über ein Nacherregerschütz (14) und eine Trenndiode (16) an eine Hilfs-Gleichspannungsquelle (7) angeschlossen sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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■.-itGlNAL INSPECTED

daß der Pulssteller (70) ein nichtschwingender Zweiphasen-Pulssteller mit gemeinsamem Kommutierungskreis ist.

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